Los transistores y sus aplicaciones

Los transistores y sus aplicaciones.
Breve resumen.
En este trabajo se pretende realizar un resumen acerca algunos de los tipos de
transistores existentes, en cuanto a sus características, su principio de
funcionamiento, sus modos de conexión más comunes y las aplicaciones de los
más usados en electrónica como el caso de los transistores bipolares, Transistor
de efecto campo (FET), el fototransistor etc…
Introducción
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de
amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la
contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia").
Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de
uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos
de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes
de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes,
equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.
Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de tres electrodos o tríodo,
el transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. En
diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford
Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956.
Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles
llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de
segundos, televisores en color... Antes de aparecer los transistores, los aparatos a
válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30
segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas,
debido al gran consumo que tenían.
El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas
artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades
específicos) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el
colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos
primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las
válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se
obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les
considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitores e
inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse
mediante mecánica cuántica.
De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función
amplificada de la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la
corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente
continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el
tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación logrado entre corriente de
base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor.
Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de
transistor son:
Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base,
Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde
se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector
Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas
básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector
común y base común.
Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET,
MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el
terminal de "base" para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión
presente en el terminal de puerta o reja de control y gradúa la conductancia del
canal entre los terminales de Fuente y Drenador. De este modo, la corriente de
salida en la carga conectada al Drenador (D) será función amplificada de la
Tensión presente entre la Puerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es
análogo al del tríodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Puerta,
Drenador y Fuente son Reja, Placa y Cátodo. Los transistores de efecto de
campo, son los que han permitido la integración a gran escala que disfrutamos hoy
en día, para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios miles de
transistores interconectados por centímetro cuadrado y en varias capas
superpuestas
Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales
llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga
el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.
Tipos de transistores. Simbología
Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las
apliaciones a las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos
de uso más frecuente y su simbología:
Transistor bipolar de unión (BJT)
Transistor de efecto de campo, de union
(JFET)
Transistor de efecto de campo, de metal
oxido semiconductor (MOSFET)
Fototransistor
Tipos de transistor



Transistor de punta de contacto. Primer transistor que obtuvo ganancia,
inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de
germanio sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que
constituyen el emisor y el colector. La corriente de emisor es capaz de
modular la resistencia que se "ve" en el colector, de ahí el nombre de
"transfer resistor". Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su
día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe
podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el
transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda.
En la actualidad ha desaparecido.
Transistor de unión bipolar, BJT por sus siglas en inglés, se fabrica
básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de
Galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre
conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el
sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos
de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos
uniones NP.
La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P
de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como
elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al
Arsénico (As) o Fósforo (P).
La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN,
donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las
otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo
contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el
emisor esta mucho mas contaminado que el colector).
El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de
dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de
contaminación (difusión gaseosa, epitelial, etc.) y del comportamiento cuántico de
la unión.
 Fototransistor, sensible a la radiación electromagnética, en frecuencias
cercanas a la de la luz.
 Transistor de unión unipolar.
 Transistor de efecto de campo, FET, que controla la corriente en función de
una tensión; tienen alta impedancia de entrada.
o Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante
una unión PN.
o Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el
que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.
 Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS
significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la
compuerta es metálica y está separada del canal
semiconductor por una capa de óxido.
Transistores y electrónica de potencia
Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los
dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y
corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia.
El transistor frente a la válvula termoiónica
Antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos
llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas
similares a la de los transistores de efecto de campo (FET): la corriente que los
atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado rejilla. Las
razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias:
 Las válvulas termoiónicas necesitan tensiones muy altas, del orden de las
centenas de voltios, tensiones que son letales para el ser humano.
 Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente
poco útiles para el uso con baterías.

Probablemente, uno de los problemas más importantes es el peso. El
chasis
necesario para alojar las válvulas, los transformadores requeridos para suministrar
la alta tensión, todo ello sumaba un peso importante, que iba desde algunos kilos
a algunas decenas de kilos.
 El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es muy corto
comparado al del transistor, sobre todo a causa del calor generado.
 Además las válvulas termoiónicas tardan mucho para poder ser utilizadas.
Las vávulas necesitan estar calientes para funcionar.
Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera
computadora digital, llamada ENIAC. Era un equipo que pesaba más de treinta
toneladas y consumía 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequeña
ciudad. Tenía alrededor de 18.000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban
cada día, necesitando una logística y una organización importantes.
Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:
 Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación)
 Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de
radiofrecuencia)
 Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de
alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de
impulsos PWM)
 Detección de radiación luminosa (fototransistores)
 Se usan generalmente en electrónica analógica y en la electrónica digital
como la tecnología TTL o BICMOS.
 Son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para
motores y llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su
principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un
circuito cerrado.

Transistor bipolar
El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas
BJT fue inventado en 1947) es un dispositivo electrónico de estado sólido
consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el
paso de la corriente a través de sus terminales. El transistor bipolar está formado
por una unión PN y por otra NP, característica que hace que un semiconductor de
determinado tipo se encuentre entre dos de tipo opuesto al primero, como se
muestra en la figura 1. Lo que se obtiene con esta configuración es una sección
que proporciona cargas(de huecos o de electrones) que son captadas por otra
sección a través de la sección media. El electrodo que proporciona las cargas es
el emisor y el que las recoge es el colector. La base es la parte de en medio y
forma las dos uniones, una con el colector y otra con el emisor. Además, la base
controla la corriente en el colector.
Este tipo de transistores recibe el nombre de transistores de unión.
De esta manera quedan formadas tres regiones:




Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada,
comportándose como un metal.
Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.
Colector, de extensión mucho mayor.
Cuando el transistor bipolar, fue considerado una revolución. Pequeño, rápido,
fiable, poco costoso, sobrio en sus necesidades de energía, reemplazó
progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del
todo. En efecto, durante los años 60, algunos fabricantes siguieron utilizando
válvulas termoiónicas en equipos de radio de gama alta, como Collins y Drake;
luego el transistor desplazó a la válvula de los transmisores pero no del todo de
los amplificadores de radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equipo de audio esta
vez, como Fender, siguieron utilizando válvulas termoiónicas en amplificadores de
audio para guitarras.
Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias:

El transistor no tiene las características de linealidad a alta potencia de la
válvula termoiónica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores
de transmisión de radio profesionales y de radioaficionados.
 Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan
agradables al oído humano (véase psicoacústica), por lo que son preferidos
por los audiófilos
 El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las
explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas
termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de
fabricación soviética.
La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su
funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras
que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor
atraviesan la base, que por ser muy angosta, hay poca recombinación de
portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de
operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.
Funcionamiento
En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la
unión basecolector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de
carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a
la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados
por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector.
Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del
ánodo compartida. En una operación típica, la juntura base-emisor está polarizada
en directa y la juntura base-colector está polarizada en inversa. En un transistor
NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la juntura baseemisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo
eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los
electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos
electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración
cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos
electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base
está dopada con material P, los cuales generan "hoyos" como portadores
mayoritarios en la base.
La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para
que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo
que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el
porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la juntura basecolector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los
electrones.
Control de tensión, carga y corriente
La corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente
base-emisor (control de corriente), o por la tensión base-emisor (control de
voltaje). Esto es debido a la relación tensión-corriente de la juntura base-emisor, la
cual es la curva tensión-corriente exponencial usual de una juntura PN (es decir,
un diodo).
En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido a
que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es
aproximadamente veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser
diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente constante,
y que la corriente de colector es veces la corriente de la base. No obstante, para
diseñar circuitos utilizando TBJ con precisión y confiabilidad, se requiere el uso de
modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-Moll.
Transistor Bipolar de Heterounión
El transistor bipolar de heterounión (TBH) es una mejora del TBJ que puede
manejar señales de muy altas frecuencias, de hasta varios cientos de GHz. Es un
dispositivo muy común hoy en día en circuitos ultrarrápidos, generalmente en
sistemas de radiofrecuencia.
Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los
elementos del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una banda de
material más larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección de portadores
minoritarios desde la base cuando la juntura emisor-base está polarizada en
directa y esto aumenta la eficiencia de la inyección del emisor. La inyección de
portadores mejorada en la base permite que esta pueda tener un mayor nivel de
dopaje, lo que resulta en una menor resistencia. Con un transistor de juntura
bipolar convencional, también conocido como transistor bipolar de homojuntura, la
eficiencia de la inyección de portadores desde el emisor hacia la base está
principalmente determinada por el nivel de dopaje entre el emisor y la base.
Debido a que la base debe estar ligeramente dopada para permitir una alta
eficiencia de inyección de portadores, su resistencia es relativamente alta.
Regiones operativas del transistor
Los transistores bipolares de juntura tienen diferentes regiones operativas,
definidas principalmente por la forma en que son polarizados:




Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación
ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región
activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente
de la corriente de base (Ib), de (ganancia de corriente, es un dato del
fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas en el
colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea es
utilizar el transistor como un amplificador de señal.
Región inversa: Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento
en modo activo, el transistor bipolar entra en funcionamiento en modo
inverso. En este modo, las regiones del colector y emisor intercambian
roles. Debido a que la mayoría de los TBJ son diseñados para maximizar la
ganancia de corriente en modo activo, el parámetro beta en modo inverso
es drásticamente menor al presente en modo activo.
Región de corte: Un transistor esta en corte cuando: corrientedecolector =
corrientedeemisor = 0,(Ic = Ie = 0) En este caso el voltaje entre el colector y
el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (como no
hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este
caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)
Región de saturación: Un transistor está saturado cuando:
corrientedecolector = corrientedeemisor = corrientemaxima,(Ic = Ie =
Imaxima) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de
alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el
emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta
cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir
una corriente de colector veces más grande. (recordar que Ic = � * Ib)
Transistor de efecto campo
El transistor de efecto campo ield-Effect Transistor o FET, en inglés) es en
realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para
controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET,
como todos los transistores, pueden plantearse como resistencias controladas por
voltaje.
La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de
semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora
como la región activa o canal. La región activa de los TFTs (thin-film transistores, o
transistores de película fina), por otra parte, es una película que se deposita sobre
un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicación de los TFTs es
como pantallas de cristal líquido o LCDs).
P-channel
N-channel
Símbolos esquemáticos para los JFETs canal-n y canal-p. G=Puerta(Gate),
D=Drenador(Drain) y S=Fuente(Source).
Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET (Junction
Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET
(Metal-Insulator- Semiconductor FET).
Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente
(source). La puerta es el terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de
efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el
voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y
fuente.
El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los
MOSFET, la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la
corriente que atraviesa la base, pese a ser pequeña en comparación con la que
circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Los MOSFET,
además, presentan un comportamiento capacitivo muy acusado que hay que tener
en cuenta para el análisis y diseño de circuitos.
Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de
campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la
aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de
conducción o no conducción, respectivamente. Los transistores de efecto de
campo MOS son usados extensísimamente en electrónica digital, y son el
componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales.
Historia
Desde 1953 se propuso su fabricación por Van Nostrand (5 años después de los
BJT). Aunque su fabricación no fue posible hasta mediados de los años 60's.
Tipo de transistores de efecto campo
El canal de un FET es dopado para producir tanto un semiconductor tipo N o uno
tipo P. El drenador y la fuente deben estar dopados de manera contraria al canal
en el caso de FETs de modo mejorado, o dopados de manera similar al canal en
el caso de FETs en modo agotamiento. Los transistores de efecto de campo
también son distinguidos por el método de aislamiento entre el canal y la puerta.
Los tipos de FETs son: Podemos clasificar los transistores de efecto campo según
el método de aislamiento entre el canal y la puerta:
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





El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) usa un
aislante (normalmente SiO2).
El JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n
El MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) substituye la
unión PN del JFET con una barrera Schottky.
En el HEMT (High Electron Mobility Transistor), también denominado HFET
(heterostructure FET), la banda de material dopada con "huecos" forma el
aislante entre la puerta el cuerpo del transistor.
Los MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor)
Los IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) es un dispositivo para control
de potencia. Son comunmente usados cuando el rango de voltaje drenajefuente está entre los 200 a 3000V. Aún así los Power MOSFET todavía son
los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1
a 200V.
Los FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una
recuperación ultra rápida del transistor.
Los DNAFET es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor,
usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una cadena para
detectar cadenas de ADN iguales
La característica de los TFT que los distingue, es que hacen uso del silicio amorfo
o del silicio policristalino.
Características





Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100M).
No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza Conmutador (Interruptor).
Hasta cierto punto inmune a la radiación.
Es menos ruidoso.
Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica.
Precauciones:
Con los transistores FET hay que tener cuidados especiales, pues algunas
referencias se dañan con solo tocar sus terminales desconentadas (Estática). Por
tal motivo, cuando nuevos traen sus patas en corto-circuito mediante una espuma
conductora eléctrica o con algo metálico, esto no se debe quitar hasta que esten
soldados en la tableta de circuito impreso, hecho esto ya no hay problema.
Fototransistor
Diversos tipos de fototransistores
Fototransistor
Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los
infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella.
Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es
más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Los
fototransistores no son muy diferentes de un transistor normal, es decir, están
compuestos por el mismo material semiconductor, tienen dos junturas y las
mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Por supuesto, siendo
un elemento sensible a la luz, la primera diferencia evidente es en su cápsula, que
posee una ventana o es totalmente transparente, para dejar que la luz ingrese
hasta las junturas de la pastilla semiconductora y produzca el efecto fotoeléctrico.
En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como
sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de
una lente.
Aplicaciones de los fototransistores.
Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc.
Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos pi-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando
forman parte de un sensor de proximidad. Se utilizan ampliamente encapsulados
conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos (opto-switch), que
detectan la interrupción del haz de luz por un objeto.
Existen en dos versiones:


De transmisión.
De reflexión.
Teniendo las mismas características de un transistor normal, es podible regular su
corriente de colector por medio de la corriente de base. Y también, dentro de sus
características de elemento optoelectrónico, el fototransistor conduce más o
menos corriente de colector cuando incide más o menos luz sobre sus junturas.
Los dos modos de regulación de la corriente de colector se pueden utilizar en
forma simultánea. Si bien es común que la conexión de base de los
fototransistores no se utilice, e incluso que no se la conecte o ni siquiera venga de
fábrica, a veces se aplica a ella una corriente que estabiliza el funcionamiento del
transistor dentro de cierta gama deseada, o lo hace un poco más sensible cuando
se debe detectar una luz muy débil. Esta corriente de estabilización (llamada bias,
en inglés) cumple con las mismas reglas de cualquier transistor, es decir, tendrá
una relación de amplificación determinada por la ganancia típica de corriente, o
hfe. A esta corriente prefijada se le suman la variaciones producidas por los
cambios en la luz que incide sobre el fototransistor.
Los fototransistores, al igual que los fotodiodos, tienen un tiempo de respuesta
muy corto, es decir que pueden responder a variaciones muy rápidas en la luz.
Debido a que existe un factor de amplificación de por medio, el fototransistor
entrega variaciones mucho mayores de corriente eléctrica en respuesta a las
variaciones en la intensidad de la luz.
Resumen de la Teoría del Transistor
A vista de esa prueba realizada este dispositivo ha de tener tres electrodos o
bornes, uno por cada uno de los cristales de que se compone. Al cristal que recibe
la corriente, el primero de los tres, se distingue con el nombre de emisor; el cristal
del centro como base, y al cristal de salida de la corriente, colector. Entonces, en
un transistor de tipo NPN, la primera N será el emisor, P será la base, y la otra N,
el colector. Estos nombres se suelen abreviar con las letras E, B y C
respectivamente.
Para comprender bien el funcionamiento del transistor debemos recordar la teoría
atómica, donde el cristal N es un cristal que tiene exceso de electrones, y el cristal
P, es un cristal con exceso de huecos. Por ejemplo un transistor de tipo NPN,
siguiendo la imagen en la que una fuente de alimentación (B) provee de corriente
al emisor, conectado al polo negativo en el cristal N, negativo también. En estas
condiciones se forman como unas barreras Z1 y Z2 en las uniones con el cristal P
de base, que impiden el paso de la corriente. La base está llena de huecos que
pasan a ser ocupados por los electrones más próximos de los cristales contiguos,
formándose estas barreras de átomos en equilibrio que impide el paso de la
corriente (salvo una muy débil corriente de fuga de escasísimo valor).
Pero si se polariza la fuente del mismo signo que ella, es decir, con una tensión
positiva respecto al emisor, lo que se llama en sentido contrario, la barrera Z1
desaparece porque el potencial positivo aplicado a la base repele los huecos hacia
los cristales N y penetran en la zona de resistencia. Los electrones libres del
emisor la atraviesan siendo atraídos por los potenciales positivos de la base y del
colector. Dado que el potencial positivo del colector es mucho más elevado que el
de la base, los electrones se sentirán más atraídos por el primero, por lo que se
obtendrá una elevada corriente del colector (que abreviaremos IC) y una pequeña
corriente de base (IB). La corriente del emisor (IE) será por tanto igual a la suma
de la corriente de colector y la corriente de base, tal como se deduce de las leyes
de Kirchhoff.
Es decir: IE = IC + IB
De esto se deduce que la corriente que sale por
el colector no va incrementada con la corriente
de base. De hecho, la corriente que pasa por
emisor y que se designa IE se compone de la
corriente de la base y del colector que luego
circularán en diferente sentido. En la imagen
vemos un esquema de circuito elemental de un
transistor en el que se designa también el
nombre de las tensiones (V). Así tenemos que
VBE es la tensión base-emisor, VCE es la
tensión colector-emisor. Como puede verse, en
el emisor las corrientes de base colector se
suman, tal como dice la ley de Kirchhoff.
Conclusiones
Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño
de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de
control.
Con el desarrollo de este trabajo además de consolidar el trabajo en equipo, y
consolidar nuestras capacidades investigativas nos aporto importantes
conocimientos en algunos casos en forma de cultura general, y otras ocasiones
conocimientos específicos acerca de los diodos y cada uno de los tipos mas
conocidos.
Podemos decir que el surgimiento de los Diodos ha proporcionado un gran avance
a la ciencia no solo a la electrónica sino a la ciencia de forma general porque casi
todos equipos que tenemos en la actualidad funcionan con componentes
eléctricos y con presencia de transistores.